凝胶色谱分析法（Gel Chromatography），又称凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography, GPC）或凝胶过滤色谱（Gel Filtration Chromatography, GFC），是化学检验员在分析高分子化合物分子量及其分布时的重要分离技术。它广泛应用于聚合物、蛋白质、多糖、核酸等大分子物质的表征，是材料科学、制药、食品、化工等领域不可或缺的分析手段。

一、基本原理

凝胶色谱的分离机理基于分子大小（即流体力学体积）的差异，也称为空间排阻效应或分子筛效应。

色谱柱中填充有多孔性凝胶颗粒作为固定相。当样品随流动相流经色谱柱时：

大分子：无法进入凝胶孔隙，只能从颗粒间隙通过，流程短，先被洗脱出来；

中等分子：可部分进入孔隙，流程较长，居中流出；

小分子：可自由进入所有孔隙，流程最长，最后流出。

因此，不同大小的分子因在柱中停留时间不同而实现分离。洗脱顺序是：大分子 → 中等分子 → 小分子。

二、仪器组成

凝胶色谱通常在高效液相色谱（HPLC）或专用GPC系统上进行，主要组成部分包括：

输液泵
提供稳定、高压的流动相（溶剂），确保流速恒定。

进样器
将样品溶液注入流动相，常用自动进样器或手动六通阀。

色谱柱（核心部件）
柱内填充多孔性凝胶微球，常见的有：

柱子通常串联使用不同孔径的柱子，以拓宽分子量分离范围。

有机凝胶：如交联聚苯乙烯-二乙烯基苯（PS/DVB），用于凝胶渗透色谱（GPC），以有机溶剂（如四氢呋喃、三氯甲烷）为流动相，适用于合成聚合物（如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯）；

无机或多糖类凝胶：如交联葡聚糖（Sephadex）、琼脂糖（Sepharose）、聚丙烯酰胺（Bio-Gel P），用于凝胶过滤色谱（GFC），以水或缓冲溶液为流动相，适用于生物大分子（如蛋白质、多糖、核酸）。

检测器
常用检测器包括：

示差折光检测器（RID）：最常用，对大多数有机物有响应，但灵敏度较低；

紫外检测器（UV）：适用于有紫外吸收的样品（如芳香族聚合物、蛋白质）；

多角度激光光散射检测器（MALLS）：可直接测定绝对分子量，无需标样；

粘度检测器：用于研究分子结构与流变性能。

数据处理系统
色谱工作站结合标准分子量标样（如聚苯乙烯标样）建立校准曲线，计算样品的数均分子量（Mn）、重均分子量（Mw）和分子量分布宽度（PDI = Mw/Mn）。

三、分析流程

样品准备

聚合物样品需溶解在合适的溶剂中（如THF、DMF），过滤（0.45 μm或0.22 μm滤膜）去除不溶物；

生物大分子样品需缓冲液溶解，避免变性。

系统平衡

用流动相充分冲洗系统，直至基线稳定。

标准曲线建立

使用已知分子量的标样（如窄分布聚苯乙烯）进样，记录保留时间；

绘制“保留时间–log分子量”校准曲线。

样品分析

注入样品，记录色谱图；

根据保留时间查校准曲线，得到分子量分布。

数据处理

软件自动计算Mn、Mw、PDI等参数；

分子量分布越窄（PDI接近1），说明聚合物均一性越好。

四、化学检验员典型应用场景

高分子材料研发与质控：测定塑料、橡胶、树脂的分子量分布，评估加工性能和机械强度；

制药行业：分析多肽、蛋白质、核酸药物的纯度与聚集状态；

食品工业：研究淀粉、果胶、明胶等多糖的分子结构；

环境与化工：检测聚合物添加剂、乳液、涂料的组成与稳定性；

科研分析：研究聚合反应机理、降解行为、共聚物结构等。

五、操作要点与注意事项

溶剂选择：必须确保样品完全溶解，且不腐蚀柱子；

过滤样品：防止颗粒堵塞柱头；

避免气泡：流动相需脱气，防止影响泵和检测器；

柱子维护：避免压力过高，定期用强溶剂冲洗；长期不用时按要求保存（如水相柱冷藏，有机相柱用溶剂封存）；

温度控制：使用柱温箱保持恒温，提高重复性；

标样匹配：尽量使用与待测物化学结构相似的标样，减少误差。

六、优点与局限性

优点：

分离过程温和，不破坏分子结构；

可快速测定分子量分布；

可实现自动化连续分析；

适用于多种大分子体系。

局限性：

不能分离化学结构相同但分子量相近的组分；

需依赖标准曲线，为相对测定（除非联用MALLS）；

对样品纯度要求高，杂质可能干扰结果。

七、总结

凝胶色谱分析法是化学检验员表征高分子物质分子量特征的核心技术。它通过分子大小实现分离，提供关键的质量参数——分子量及其分布，对材料性能评价、工艺优化和质量控制具有重要意义。

在实际工作中，应规范操作，注重样品处理、柱效维护和标准曲线准确性。随着多检测器联用技术（如GPC-MALLS-Viscometer）的发展，凝胶色谱正从相对测定向绝对分子量测定迈进，分析能力不断提升，成为高分子分析领域的重要支柱。